Технологические трубопроводы (стр. 6 )

,

(7.19)

в которой , и принимаются в соответствии с рисунком 7.2а или рисунком 7.2б. Для концентрических переходов коэффициент , для эксцентрических переходов .

Рисунок 7.2. – Переходы

а - концентрический, б – эксцентрический

7.3.2. Допускаемое давление для концентрических и эксцентрических переходов равно

.

(7.20)

Тройники и врезки

7.4.1. Приведенные ниже формулы применимы при следующих условиях:

1.  расстояние между наружными поверхностями соседних ответвлений тройников или врезок превышает величину

,

(7.21)

в противном случае (например, при расчете коллекторов с близкорасположенными ответвлениями) расчет коэффициента следует производить для ряда отверстий с учетом их взаимного влияния согласно [35];

2.  соблюдается условие ;

3.  соблюдается условие ;

4.  методы расчета толщин стенок тройников от действия внутреннего и наружного давления основаны на теории предельных нагрузок, которая предполагает, что материал в условиях эксплуатации пластичен. В тех случаях, когда материал непластичный, например, для низкотемпературных трубопроводов, расчет тройников, выполненный по данной методике, следует дополнительно проверить по [23] с использованием специализированных программ расчета по методу конечных элементов или согласно [5].

7.4.2. Если угол между осью ответвления и осью магистрали не менее 75°, расчетная толщина стенки определяется согласно 7.4.3. Если угол между осью ответвления и осью магистрали 75°>≥45°, то для сварных тройников и врезок расчетная толщина стенки определяется согласно 7.4.9.

7.4.3. Расчетная толщина стенки магистрали в тройниковых соединениях (врезках) при действии внутреннего избыточного давления (рисунок 7.3) определяется по формуле

,

(7.22)

где ‑ расчетный коэффициент снижения прочности магистрали тройника (врезки), вычисляется в соответствии с 7.4.5.

7.4.4. Расчетная толщина стенки ответвления

.

(7.23)

7.4.5. Расчетный коэффициент снижения прочности магистрали тройника (врезки) или эллиптической заглушки, ослабленной укрепленным отверстием

,

(7.24)

где , а – сумма укрепляющих площадей ответвления и накладки (если таковая имеется)

,

(7.25)

Для штампованных (штампосварных) тройников (рисунок 7.3,б) вместо величины в формулу (7.24) следует подставлять:

,

(7.26)

Причем внутренний радиус принимается по чертежу на конкретный тройник, но не менее 5 мм.

7.4.6. Укрепляющая площадь ответвления определяется по формулам:

−  для ответвления, конструкция которого соответствует рисунку 7.3,а:

;

(7.27)

−  для вытянутой горловины штампованного (штампосварного) тройника, конструкция которого соответствует рисунку 7.3,б

,

(7.28)

где минимальные толщины стенок определяются по формулам:

−  для сварных тройников и врезок

;

(7.29)

−  для штампованных

;	(7.30)
.	(7.31)

7.4.7. Используемое при расчете значение высоты ответвления принимается по чертежу, но не более приведенных ниже значений:

−  для сварного тройника и врезки

;

(7.32)

−  для штампованного (штампосварного) тройника

.

(7.33)

При одновременном укреплении отверстия ответвлением и накладкой (рисунок 7.3, а), высота укрепляющей части ответвления принимается без учета толщины накладки

.

(7.34)

7.4.8. Укрепляющая площадь накладки определяется по формуле:

.

(7.35)

Используемое в расчете значение ширины накладки (рисунок 7.3) должно соответствовать размеру по чертежу конкретной накладки, но не более

.

(7.36)

Рисунок 7.3. ‑ Тройники и врезки

а – сварной тройник (врезка), б – штампованный (штампосварной) тройник

7.4.9. Для сварных тройников и врезок с наклонным ответвлением при 75°>≥45° выбранные размеры проверяются по условию

.

(7.37)

7.4.10. Площадь нагружения и площади сопротивления ( - для магистрали, ‑ для ответвления и - для накладки) следует определять согласно рисунку 7.4. Рекомендуются следующие значения площадей:

−  площадь нагружения

;

(7.38)

−  площадь сопротивления магистрали

,

(7.39)

−  площадь сопротивления ответвления

,

(7.40)

где – угол между осями ответвления и магистрали, град;

−  – площадь сопротивления накладки

,	(7.41)
.	(7.42)

Ширина накладки принимается по рисунку 7.4 но не более ширины, рассчитанной по формуле (7.36).

7.4.11. Если допускаемое напряжение для укрепляющих деталей меньше , то расчетные значения укрепляющих площадей , умножаются на отношение .

Рисунок 7.4. ‑ Схема расчетных площадей укрепляющих элементов для тройника или врезки с наклонным ответвлением

7.4.12. Допускаемое давление для тройниковых соединений и врезок равно

−  при 90°>≥75°

.

(7.43)

−  с наклонным ответвлением при 75°>≥45°

(7.44)

Заглушки

7.5.1. Расчетная толщина плоской круглой внутритрубной заглушки (рисунок 7.5,а):

.

(7.45)

7.5.2. Допускаемое давление для плоской круглой внутритрубной заглушки (рисунок 7.5,а):

.

(7.46)

7.5.3. Расчетная толщина плоской круглой торцевой заглушки (рисунок 7.5,б):

.

(7.47)

7.5.4. Допускаемое давление для плоской круглой торцевой заглушки (рисунок 7.5,б):

.

(7.48)

7.5.5. Для плоских заглушек без отверстия коэффициент равен 1.0. Для заглушек с центральным отверстием диаметром :

.

(7.49)

7.5.6. Расчетная толщина плоской межфланцевой заглушки (рисунок 7.5,в):

.

(7.50)

Ширина уплотнительной прокладки определяется по техническим условиям или чертежу.

7.5.7. Допускаемое пробное давление для плоской межфланцевой заглушки (рисунок 7.5,в):

.

(7.51)

Рисунок 7.5. Круглые плоские заглушки: а –внутритрубная;
б – торцевая; в – межфланцевая; г, д – фланцевая

7.5.8. Расчетная толщина плоской фланцевой заглушки, соответствующей рисунку 7.5,г:

.

(7.52)

Здесь принимается в соответствии с рисунком 7.5.

7.5.9. Допускаемое давление для плоской фланцевой заглушки, соответствующей рисунке 7.5,г:

.

(7.53)

7.5.10. Расчетная толщина эллиптической заглушки без центрального отверстия (рисунок 7.6,а) при и

.

(7.54)

Если получается менее при , то .

7.5.11. Допускаемое давление для эллиптической заглушки без центрального отверстия (рисунок 7.6,а) при и

.

(7.55)

7.5.12. Расчетная толщина эллиптической заглушки с центральным отверстием при и и (рисунок 7.6,б, в,г)

.

(7.56)

где ‑ коэффициент снижения прочности эллиптической заглушки, ослабленной укрепленным отверстием, вычисляется в соответствии с 7.5.14.

7.5.13. Допускаемое давление для эллиптической заглушки с центральным отверстием при и и (рисунок 7.6,б, в,г)

.

(7.57)

Рисунок 7.6. Эллиптические заглушки: а – без отверстий;
б – с отбортованным отверстием; в – со штуцером и укрепляющей накладкой; г - с проходящим штуцером

7.5.14. Коэффициенты прочности заглушек с отверстиями (рисунок 7.6,в, г) определяются в соответствии с 7.4.5 при и , а коэффициенты прочности заглушек с отбортованными отверстиями (рисунок 7.6,б) - согласно 7.4.5 при .

8  Поверочный расчет трубопровода на прочность. Общие положения

8.1  Расчетная модель трубопровода

8.1.1. Трубопровод рассматривается как упругая стержневая система. Следует стремиться к тому, чтобы расчетная схема правильно учитывала конструктивные особенности, которые влияют на НДС трубопровода.

При раскрытии статической неопределимости следует учитывать повышенную податливость на изгиб криволинейных труб (эффект Кармана), секторных колен, косых стыков и ответвлений (тройников). Для этого определяются коэффициенты податливости этих элементов, полученные с использованием теории оболочек или из экспериментов. Рекомендуемая методика их определения приведена в приложении А.

8.1.2. Расчетная схема трубопровода не должна представлять собой геометрически изменяемую или мгновенно изменяемую систему (в терминах строительной механики).

8.1.3. Трубопровод разбивается на прямолинейные и криволинейные (очерченные по дуге окружности), участки. Точки сопряжения участков служат расчетными узлами. В число расчетных узлов включаются:

−  места присоединения к оборудованию;

−  места присоединения к опорам;

−  точки излома или разветвления осевой линии трубопровода;

−  точки изменения поперечного сечения, нагрузок и свойств грунта.

8.1.4. Внешние статические нагрузки рассматриваются как сосредоточенные или равномерно распределенные. Наряду с ними в расчетах статически неопределимых стержневых систем учитываются деформационные воздействия, вызванные температурным нагревом (охлаждением), смещением опор или оборудования, а также предварительной растяжкой (сжатием) трубопровода.

8.1.5. Опоры и подвески моделируются жесткими, линейно-упругими и фрикционными связями, препятствующими перемещениям трубопровода, при этом необходимо учитывать такие нелинейные эффекты, как трение и отклонение тяг подвесок от вертикального положения.

8.1.6. Пружинные опоры и подвески моделируются упругими связями с учетом нелинейных эффектов от трения и отклонения тяг подвесок от вертикального положения. Подбор пружин и усилий затяга рекомендуется осуществлять в соответствии с [33], при этом допускается корректировка методики расчета [33] для корректного учета нелинейных эффектов. Подбор пружин и усилий затяга производится по нормативным значениям нагрузок (коэффициенты надежности по нагрузке согласно 6.1.1 учитываться не должны).

8.1.7. Сильфонные, линзовые и сальниковые компенсаторы моделируются как линейно упругие сочленения стержней осевого, шарнирного или сдвигового типов (в зависимости от их конструкции). Жесткость компенсаторов определяется по стандартам или данным заводов-изготовителей. При расчете трубопровода с осевыми или универсальными неразгруженными компенсаторами необходимо учитывать распорное усилие, определяемое согласно 8.5.6.

8.1.8. Трубопроводная арматура моделируется недеформируемыми (абсолютно жесткими) стержневыми элементами.

8.1.9. При моделировании точек присоединения трубопровода к сосудам и аппаратам, а также резервуарам для хранения нефти и нефтепродуктов рекомендуется учитывать локальные податливости стенки (обечайки, днища, крышки) в месте врезки штуцера, а также общую податливость сосуда или аппарата. Податливости определяются по результатам эксперимента или при помощи численных методов (метод конечных элементов). Также податливости рекомендуется определять согласно [37].

8.1.10. В точках присоединения трубопровода к оборудованию необходимо учитывать смещения этих точек от нагрева присоединенного оборудования.

8.1.11. В точках присоединения трубопровода к резервуарам для хранения нефти и нефтепродуктов должны учитываться смещения и углы поворота патрубка, вызванные деформацией стенки резервуара под давлением продукта, а также просадкой резервуара.

8.1.12. Учет взаимодействия трубопровода с грунтом производится согласно методике [51]. Учитывается боковой отпор грунта в поперечном направлении (вертикальном и горизонтальном), а также сопротивление грунта в продольном направлении.

8.1.13. Расстановка опор и подвесок призвана обеспечить допустимый уровень напряжений в элементах трубопровода от несамоуравновешенной (в частности, весовой) нагрузки. При этом рекомендуется избегать случаев, когда в рабочем состоянии трубопровода опоры и подвески оказываются недогруженными или выключаются из работы. В холодном (не рабочем) состоянии трубопровода допускается недогрузка или выключение из работы опор и подвесок.

8.1.14. Силы трения в опорах и при взаимодействии трубопровода с грунтом определяются согласно 6.2.15.

8.1.15. Коэффициент перегрузки принимается:

−  для низко - и среднетемпературных трубопроводов , но при этом учитываются коэффициенты надежности по нагрузке согласно 6.1.1;

−  для высокотемпературных трубопроводов: не учитываются коэффициенты надежности по нагрузке согласно 6.1.1. При выполнении расчета трубопровода без существенных упрощений (учтены все ответвления, опоры и т. д.) и при его монтаже по действующим инструкциям коэффициент перегрузки принимается равным ; если дополнительно к указанным условиям производится специальная корректировка затяжки пружин промежуточных опор (для учета отклонений фактических значений весовой нагрузки, жесткости пружин опор и температурных перемещений от принятых в расчете значений), а также выполняется наладка трубопровода, то может быть принято .

Сочетания нагрузок и воздействий

8.2.1. Полный поверочный расчет состоит из нескольких расчетов на различные сочетания нагрузок и воздействий, называемых этапами расчета (таблица 8.1). Критерии прочности, соответствующие каждому этапу расчета, приведены в 9.1.1.

8.2.2. Поверочный расчет трубопровода осуществляется как на постоянные и длительные временные нагрузки (режим ПДН), так и на дополнительные воздействия кратковременных нагрузок (режим ПДКОН), а также на особое сочетание нагрузок при сейсмическом воздействии (режим «сейсмика»). Шифры нагрузок и воздействий указаны в таблице 6.1.

Для среднетемпературных и высокотемпературных трубопроводов расчеты этапов 1, 2, 3, 4 являются обязательными.

Расчеты этапов 5, 6 не обязательны. Необходимость дополнительного поверочного расчета этапов 5, 6 определяется заказчиком или органами надзора.

Расчеты этапов 7, 8 обязательны для трубопроводов, расположенных на площадках с сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов по шкале MSK-64.

8.2.3. Расчет по этапам 5, 6 должен быть выполнен с учетом неблагоприятных сочетаний нагрузок и воздействий. Выбор учитываемых в расчетах типов кратковременных и особых нагрузок из таблицы 6.1 и их сочетаний определяется проектной организацией из анализа реальных вариантов одновременного действия различных нагрузок на трубопровод. В зависимости от учитываемого состава нагрузок следует различать:

а) основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных (1-6), длительных временных (7-10) и кратковременных (11-15) нагрузок;

б) особые сочетания нагрузок, состоящие из постоянных (1-6), длительных временных (7-10), кратковременных (11-15) и одной из особых нагрузок (16). В особых сочетаниях нагрузок кратковременные нагрузки (11-15) допускается не учитывать.